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Die Erfindung betrifft eine Karosserie für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Karosserien für Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine solche Karosserie umfasst eine Stirnwand, durch welche eine Fahrgastzelle des Kraftwagens nach vorne hin begrenzt ist. Die Stirnwand ist dabei mit wenigstens einem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Stirnwandquerträger versehen.
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Eine solche Karosserie ist auch aus der
DE 10 2006 055 721 A1 bekannt. Die Karosserie umfasst zwei A-Säulen, wobei der Stirnwandquertrager zwei Seitenteile, die an den A-Säulen angebunden sind, und einen diese beiden Seitenteile verbindenden Mittelteil umfasst. Der Stirnwandquerträger ist dabei als Hohlprofil ausgebildet.
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Darüber hinaus ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, den Stirnwandquerträger mittels Verstärkungselementen auszusteifen und zu verstärken. Dabei sind die Verstärkungselemente beispielsweise in einem Hohlquerschnitt des Stirnwandquerträgers angeordnet, wobei der Hohlquerschnitt durch die Verstärkungselemente verschottet ist. Die Karosserien weisen somit ein hohes Gewicht sowie hohe Kosten auf.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karosserie für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Karosserie ein geringeres Gewicht sowie eine kostengünstigere Herstellung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Karosserie für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, umfasst eine eine Fahrgastzelle nach vorne hin begrenzende Stirnwand. Die Karosserie umfasst auch wenigstens einen Stirnwandquerträger, welcher sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
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Erfindungsgemäß ist der Stirnwandquerträger durch wenigstens eine maßgeschneiderte Platine gebildet. Die Platine weist dabei einen ersten Teilbereich mit einer ersten Wanddicke sowie wenigstens einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich mit einer von der ersten Wanddicke unterschiedlichen, zweiten Wanddicke auf. Durch das gezielte Vorsehen und Verwenden der unterschiedlichen Wanddicken ist der Stirnwandquerträger bedarfsgerecht und belastungsangepasst ausgebildet, so dass auf zusätzliche, separate Verstärkungselemente zum Aussteifen und Verstärken des Stirnwandquerträgers verzichtet oder die Anzahl an Verstärkungselementen besonders gering gehalten werden kann. Dies führt zu einer geringen Teileanzahl, zu einem geringen Gewicht sowie zu geringen Kosten des Stirnwandquerträgers und damit der gesamten Karosserie. Darüber hinaus kann der Stirnwandquerträger aufgrund der unterschiedlichen Wanddicken mit einem nur sehr geringen Materialaufwand hergestellt werden, was das Gewicht und die Kosten besonders gering hält. Das geringe Gewicht der Karosserie führt zu einem besonders geringen Gewicht des gesamten Kraftwagens, so dass dieser mit einem nur geringen Energiebedarf angetrieben werden kann. So können der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen gering gehalten werden.
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Ein weiterer Vorteil der geringen Teileanzahl ist auch, dass ein Aufwand zur Korrosionsvermeidung des Stirnwandquerträgers vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden kann, insbesondere im Vergleich zu zusätzlichen Verstärkungselementen, welche über jeweilige Fügflächen mit dem übrigen Stirnwandquerträger beispielsweise durch Schweißen verbunden sind.
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Der Stirnwandquerträger verleiht der erfindungsgemäßen Karosserie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, was der Fahrdynamik des Kraftwagens sowie seinem Unfallverhalten zugute kommt.
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Die maßgeschneiderte Platine, welche auch als Tailored Rolled Blank bezeichnet wird, ist mit einem relativ geringen Werkzeug- und damit geringen Kostenaufwand herstellbar und veränderbar, so dass beispielsweise auf konstruktive Änderungen und Anpassungen des Stirnwandquerträgers flexibel und schnell reagiert werden kann. Mit anderen Worten kann die maßgeschneiderte Platine zeit- und kostengünstig an geänderte, geometrische als auch funktionale Anforderungen angepasst werden, da die Wanddicken sowie ihre Anordnung zeit- und kostengünstig durch entsprechende zeit- und kostengünstige Werkzeuganpassung geändert werden können.
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Darüber hinaus ist es möglich, bei unveränderter Geometrie des Stirnwandquerträgers die Anordnung der Wanddicken bzw. der Teilbereiche zeit- und kostengünstig zu verändern, um so beispielsweise den Stirnwandquerträgers bzw. die Karosserie an unterschiedliche Bauvarianten des Kraftwagens anzupassen.
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Der Stirnwandquerträgers ist vorzugsweise als Profilbauteil mit einem Hohlquerschnitt ausgebildet, welcher beispielsweise in Umfangsrichtung offen ist und durch die Stirnwand geschlossen sein kann. Dadurch weist der Stirnwandquerträgers ein sehr geringes Gewicht und gleichzeitig eine sehr hohe Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, auf.
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Zur Darstellung der hohen Steifigkeit ist es dabei nicht vorgesehen und nicht vonnöten, in dem Hohlquerschnitt zusätzliche Verstärkungselemente anzuordnen. Daraus resultiert ein besonders geringes Gewicht.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung schließt sich der zweite Teilbereich in Fahrzeugquerrichtung an den ersten Teilbereich an. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Wanddicken in Fahrzeughochrichtung konstant sind. Dadurch kann der Stirnwandquerträgers in Fahrzeugquerrichtung hinsichtlich seiner Funktionen und Aufgaben bedarfsgerecht ausgestaltet und beispielsweise an bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auftretende, unfallbedingte Lasten angepasst werden. Auf diese Weise lässt sich z. B. das Verformungsverhalten und damit das Unfallverhalten des Stirnwandquerträgers in Fahrzeugquerrichtung bedarfsgerecht einstellen, wobei der Stirnwandquerträger in den Teilbereichen aufgrund der voneinander unterschiedlichen Wanddicken unterschiedliche Verformungs- und damit Unfallverhalten aufweist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt sich an den Stirnwandquerträger in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin wenigstens ein Trägerelement, insbesondere ein Längsträgerelement, des Kraftwagens an, wobei der erste Teilbereich des Stirnwandquerträgers nach vorne hin zumindest teilweise überdeckt ist. Dabei ist die erste Wanddicke des ersten Teilbereichs geringer als die zweite Wanddicke des sich in Fahrzeugquerrichtung nach innen hin an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereichs. Der Stirnwandquerträger weist somit in dem ersten Teilbereich, welcher zumindest bereichsweise durch das Trägerelement nach vorne hin überdeckt ist, eine höhere Nachgiebigkeit und Verformbarkeit auf als in dem zweiten Teilbereich. So können unfallbedingte und über den Stirnwandquerträger in den ersten Teilbereich eingeleitete Lasten durch Umwandlung von Aufprall in Verformungsenergie zumindest teilweise abgebaut und von Insassen des Kraftwagens ferngehalten werden. Die erfindungsgemäße Karosserie stellt somit eine besonders hohe Sicherheit für die Insassen bereit. Durch diesen vorteilhaften und zumindest teilweisen Abbau der unfallbedingten Lasten können auch unerwünschte Intrusionen der Stirnwand vermieden oder zumindest gering gehalten werden.
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In dem zweiten Teilbereich weist der Stirnwandquerträger aufgrund der größeren, zweiten Wanddicke eine höhere Festigkeit bzw. Stabilität insbesondere gegenüber einem Einknicken bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung als in dem ersten Teilbereich auf, was dem Unfallverhalten der Karosserie zuträglich ist. So können unerwünschte Intrusionen der Stirnwand vermieden oder zumindest gering gehalten werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung weist die maßgeschneiderte Platine wenigstens einen sich in Fahrzeugquerrichtung an den ersten Teilbereich nach außen hin anschließenden, dritten Teilbereich mit einer dritten Wanddicke auf, wobei die dritte Wanddicke größer ist als die erste Wanddicke. So ist es möglich, unfallbedingte Lasten bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in seitliche Strukturen der Karosserie ab- bzw. einleiten und um die Fahrgastzelle herumzuführen. Auf diese Weise kann die Fahrgastzelle geschützt werden, was der Sicherheit für die Insassen zuträglich ist.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schließen sich in Fahrzeugquerrichtung beidseitig an die Stirnwand jeweilige, seitliche Fahrzeugsäulen der Karosserie an, welche in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin zumindest teilweise durch den Stirnwandquerträger überdeckt sind. Bei den Fahrzeugsäulen handelt es sich beispielsweise um A-Säulen der Karosserie. Kommt es zu einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftwagens, beispielsweise bei einem Frontalaufprall des Kraftwagens auf eine Barriere, so können daraus resultierende, unfallbedingte Lasten sehr gut von dem Stirnwandquerträger auf die Fahrzeugsäulen ab- bzw. in diese eingeleitet und so um die Fahrgastzelle zum Schutze dieser herumgeführt werden. Mit anderen Worten kann sich der Stirnwandquerträger bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung an den Fahrzeugsäulen vorteilhafterweise abstützen.
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Vorzugsweise ist der Stirnwandquerträger an den Fahrzeugsäulen abgestützt. Dadurch sind vorteilhafte Kraftpfade realisiert, über die die unfallbedingten Lasten abgeleitet und zumindest im Wesentlichen von der Fahrgastzelle ferngehalten werden können.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens eine der Fahrzeugsäulen durch den wenigstens einen dritten Teilbereich in Fahrzeuglängsrichtung zumindest teilweise nach vorne hin überdeckt. So können die unfallbedingten Lasten sehr vorteilhaft über den dritten Teilbereich und dessen dritte Wanddicke in die Fahrzeugsäulen eingeleitet und von der Fahrgastzelle zumindest teilweise ferngehalten werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die maßgeschneiderte Platine als gewalzte, maßgeschneiderte Platine ausgebildet. Mit anderen Worten wird die gewalzte, maßgeschneiderte Platine, welche auch als Tailored Rolled Blank bezeichnet wird, im Rahmen ihrer Herstellung gewalzt, insbesondere kalt gewalzt, wobei durch das Walzen, insbesondere durch Auf- und Abfahren wenigstens eines Werkzeugs, die unterschiedlichen Wanddicken erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Stirnwandquerträger besonders zeit- und kostengünstig hergestellt und bedarfsgerecht sowie belastungsorientiert ausgebildet werden. Ein Vorteil des Walzens ist ein besonders homogener Übergang zwischen den unterschiedlichen Wanddicken.
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Dabei sind im Rahmen der Herstellung der gewalzten, maßgeschneiderten Platine durch das Walzen die Wanddicken hinsichtlich ihrer Größe bzw. Dicke sowie hinsichtlich ihrer Anordnung bedarfsgerecht herstellbar, so dass der Stützwandquerträger flexibel an seine Funktion und an die Anforderungen angepasst werden kann.
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Die insbesondere gewalzte, maßgeschneiderte Platine ist vorzugsweise als Blechplatine ausgebildet, was mit einer zeit- und kostengünstigen Herstellung sowie mit einem geringen Gewicht des Stirnwandquerträgers einhergeht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht einer Karosserie eines Personenkraftwagens, mit einer Stirnwand, durch welche eine Fahrgastzelle in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin begrenzt ist und welche mit wenigstens einem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Stirnwandquerträger versehen ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Rückansicht der Karosserie gemäß 1; und
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3 eine schematische Vorderansicht des Stirnwandquerträgers der Karosserie gemäß den 1 und 2.
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Die 1 zeigt eine Karosserie 10 für einen Personenkraftwagen. Die Karosserie 10 umfasst eine Stirnwand 12, durch welche eine Fahrgastzelle des Personenkraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin begrenzt ist. Die Karosserie 10 umfasst auch einen Stirnwandquerträger 14, welcher sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
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Die Stirnwand 12 erstreckt sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung zwischen in den 1 bis 3 nicht dargestellten A-Säulen der Karosserie 10, die sich in Fahrzeugquerrichtung beidseitig nach außen hin an die Stirnwand 12 anschließen.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, ist der Stirnwandquerträger 14 in Fahrzeuglängsrichtung vor der Stirnwand 12 angeordnet und zumindest teilweise an der Stirnwand 12 abgestützt. Mit anderen Worten ist die Stirnwand 12 zumindest teilweise in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin durch den Stirnwandquerträger 14 überdeckt. Der Stirnwandquerträger 14 erstreckt sich dabei so weit in Fahrzeugquerrichtung, dass auch die A-Säulen in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin teilweise durch den Stirnwandquerträger 14 überdeckt sind. Dabei ist der Stirnwandquerträger 14 an den A-Säulen abgestützt und vorzugsweise an den A-Säulen angebunden.
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Der Stirnwandquerträger 14 ist durch eine gewalzte, maßgeschneiderte Platine gebildet, welche auch als Tailored Rolled Blank (TRB) bezeichnet wird. Die gewalzte, maßgeschneiderte Platine bzw. der Stirnwandquerträger 14 weist – wie insbesondere in Zusammenschau mit der 3 erkennbar ist – erste Teilbereiche A sowie einen zweiten Teilbereich B, dritte Teilbereiche C und vierte Teilbereiche D auf.
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Die dritten Teilbereiche C schließen sich dabei in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig an die jeweiligen, ersten Teilbereiche A an. Die vierten Teilbereiche D schließen sich in Fahrzeugquerrichtung nach innen hin jeweils an die ersten Teilbereiche A an. Zwischen den vierten Teilbereichen D ist der zweite Teilbereich B angeordnet, welcher somit einen Mittelteil des Stirnwandquerträgers 14 bzw. der gewalzten, maßgeschneiderten Platine darstellt.
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Die gewalzte, maßgeschneiderte Platine bzw. der Stirnwandquerträger 14 weist nun in den ersten Teilbereichen A eine jeweilige erste Wanddicke, in dem zweiten Teilbereich B eine zweite Wanddicke, in den dritten Teilbereichen C eine jeweilige dritte Wanddicke und in den vierten Teilbereichen D eine jeweilige vierte Wanddicke auf. Dabei sind die dritten Wanddicken größer als die vierten Wanddicken. Die vierten Wanddicken sind größer als die zweite Wanddicke und die zweite Wanddicke ist größer als die ersten Wanddicken. Mit anderen Worten weisen die Teilbereiche A, B, C, D voneinander unterschiedliche Wanddicken auf. Dadurch ist der Stirnwandquerträger 14 mit einem nur sehr geringen Materialaufwand bedarfsgerecht hergestellt und an beim Betrieb des Personenkraftwagens sowie bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung desselbigen auftretende Belastungen angepasst. So können zusätzliche Verstärkungselemente zum Verstärken und Aussteifen des Stirnwandquerträgers 14 vermieden werden. Gleichzeitig verleiht der Stirnwandquerträger 14 der gesamten Karosserie 10 eine sehr hohe Steifigkeit und weist gleichzeitig ein nur sehr geringes Gewicht auf, was zu einem geringen Gesamtgewicht der Karosserie 10 führt. Dadurch kann der Personenkraftwagen kraftstoffverbrauchs- und emissionsarm angetrieben werden.
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Wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, schließen sich an den Stirnwandquerträger 14, welcher bezogen auf die Fahrzeughochrichtung in einem unteren Drittel der Stirnwand 12 angeordnet ist, Längsträgerelemente 16 des Personenkraftwagens nach vorne hin an. Die Längsträgerelemente 16 sind in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet und überdecken die jeweiligen, ersten Teilbereiche A zumindest teilweise. Die im Vergleich zu den anderen Wanddicken sehr geringen, ersten Wanddicken in den ersten Teilbereichen A führen zu einer im Gegensatz zu den anderen Teilbereichen B, C, D erhöhten Nachgiebigkeit und Verformbarkeit des Stirnwandquerträgers 14. Werden beispielsweise bei einem Frontalaufprall des Personenkraftwagens auf eine Barriere unfallbedingte Lasten über die Längsträgerelemente 16 in den Stirnwandquerträger 14 in den ersten Teilbereichen A eingeleitet, so kann sich der Stirnwandquerträger 14 in den ersten Teilbereichen A besonders gut unter Energieverzehrung verformen, wodurch Aufprallenergie zumindest teilweise in Verformungsenergie umgewandelt wird. Dadurch werden die unfallbedingten Lasten zumindest teilweise abgebaut und zumindest im Wesentlichen von der Stirnwand 12 und von der Fahrgastzelle ferngehalten. So können unerwünschte Intrusionen der Stirnwand 12 sowie der Fahrgastzelle vermieden werden.
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Die im Vergleich zu den ersten Teilbereichen A größeren, zweiten Wanddicke sorgt für eine im Vergleich zu den ersten Teilbereichen A erhöhte Stabilität des Stirnwandquerträgers 14 insbesondere gegen ein Einknicken im Falle der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, so dass auch dadurch unerwünschte Intrusionen der Stirnwand 12 sowie der Fahrgastzelle vermieden werden können.
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Die gegenüber den ersten Wanddicken größeren, dritten Wanddicken in den dritten Teilbereichen C sorgen für vorteilhafte Lastpfade, über die die unfallbedingten Lasten zumindest teilweise von dem Stirnwandquerträger 14 in die in Fahrzeuglängsrichtung dahinter angeordneten A-Säulen abgeleitet und somit an der Fahrgastzelle herumgeführt werden können. Dies führt zu einem besonders vorteilhaften Unfallverhalten der Karosserie 10, was der Sicherheit von Insassen des Personenkraftwagens zugute kommt.
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Durch die unterschiedlichen Wanddicken und ihre entsprechende Anordnung kann der Stirnwandquerträger 14 hinsichtlich seiner Funktionen bedarfsgerecht und an vorgegebene Anforderungen angepasst werden. Durch die gezielte Verteilung der Wanddicken und damit von Materialdicken des Stirnwandquerträgers 14 kann auf überschüssiges Material, beispielsweise auf Zusatzbauteile sowie auf eine konstant hohe Wanddicke bzw. Blechdicke des Stirnwandquerträgers 14, verzichtet werden. Dies hält das Gewicht sowie die Kosten des Stirnwandquerträgers 14 und damit der gesamten Karosserie 10 besonders gering.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist der Stirnwandquerträger 14, welcher aus einem Blech gebildet ist, Fügflansche 18 auf, über welche der mit der ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Stirnwand 12 und den ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff gebildeten A-Säulen verschweißt und dadurch angebunden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Karosserie
- 12
- Stirnwand
- 14
- Stirnwandquerträger
- 16
- Längsträgerelement
- 18
- Fügflansch
- A
- erster Teilbereich
- B
- zweiter Teilbereich
- C
- dritter Teilbereich
- D
- vierter Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055721 A1 [0003]
